膜片弹簧式结构包括以下几个部分:
(1)主动部分 主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘。
1)压盘总成:图4所示为上汽通用五菱荣光膜片弹簧离合器压盘总成结构。压盘总成用螺栓固定在飞轮上,它由压盘、离合器盖、压紧弹簧和分离杠杆组成。离合器接合时,压盘将离合器从动盘紧压到飞轮表面。
压盘是个平直、大重量的金属环,由铸铁制造而成。压盘的散热较为重要,当离合器打滑时,摩擦面产生热量,致使摩擦片和压盘变形,破坏其平面度,使压盘和摩擦片之间接触不良。
(2)从动部分 从动部分包括从动盘(离合器片)。
离合器从动盘如图5所示。离合器从动盘内有花键,可在变速器输入轴上做轴向运动。每次离合器接合时,离合器从动盘向前移动,与飞轮接触,发动机转矩通过花键传递给变速器输入轴。当离合器分离时,离合器从动盘能向后移动,防止薪滑在飞轮上。
离合器从动盘上装有扭转减振器,与从动盘毅一起构成缓冲机构。发动机产生不均匀的动力脉冲会引起扭转振动,扭转减振器能减少或消除这种振动。当发动机在做功行程时,曲轴会加速,而在其他行程,则会减速,如果这些速度波动没有被减振器消除,则会引起振动或噪声,并增加离合器摩擦片的磨损。离合器摩擦片两面与飞轮和压盘接合处都有摩擦材料,它们为离合器的接合和切断提供了摩擦效果。
离合器摩擦片材料必须能够承受接合与分离时摩擦产生的热量。多数离合器摩擦片的表面有一系列的径向切槽,这些切槽擦掉飞轮和压盘表面上的灰尘和污染物,并有助于产生气流来冷却摩擦表面,并消除在分离时使摩擦表面黏合的真空层。
(3)压紧机构 压紧机构主要元件是压紧弹簧。
离合器总成中的压紧弹簧有膜片弹簧和螺旋弹簧两种类型,它产生压紧力,使离合器能传递转矩。膜片弹簧是能够产生所需压紧力的碟形弹簧。圆锥形的膜片弹簧反抗变平的反抗力就是弹簧产生的弹力。轿车和重型车大多采用膜片弹簧。
(4)操纵机构 操纵机构主要包括分离叉、分离轴承、离合器踏板、传动部分。
1)分离杠杆:分离杠杆起压紧压缩弹簧的作用,同时能将压盘从离合器从动盘上拉开。当踩下离合器踏板时,分离轴承被压到分离杠杆上,分离杠杆围绕中间支点摆动,压盘被拉开,作用在离合器从动盘上的压力释放,离合器分离。膜片弹簧式离合器中,膜片弹簧本身就是一个分离杠杆。
2)分离轴承:图6所示为上汽通用五菱荣光微型车的分离轴承。分离轴承由分离拨叉驱动,它能将离合器操作机构的作用力传递到旋转着的压盘膜片弹簧或分离杠杆上,用于分离离合器。当驾驶人踩下离合器踏板时,分离轴承推动压盘膜片弹簧或分离杠杆向前移动,释放压盘的作用力,使离合器分离。
分离轴承是两端密封的球轴承,在制造时已经被润滑好,然后被密封。
分离轴承一般压在轴承毅上,轴承毅与离合器分离拨叉连接,轴承毅内有一中心孔,以便在变速器轴承支承轴套上滑动。
3)分离拨叉:如图2和图3所示,分离拨叉的作用是推动分离轴承,使离合器分离。分离拨叉通过螺栓安装在分离摇臂上,当离合器踩下时,拉索拉动分离摇臂转动,固定在上面的拨叉向前移动并推动分离轴承,使其压缩膜片弹簧,离合器分离。当松开踏板时,分离拨叉在弹簧的作用下回位,分离轴承解除对膜片弹簧的压力,离合器接合。
4)导向轴承:有些变速器的输入轴靠近发动机端需要被支承,以减少摩擦,这通过在飞轮或曲轴后端的中心安装导向轴承来完成。导向轴承的类型有石墨青铜轴承、滚针轴承或球轴承。
2.膜片弹簧离合器工作原理
如图7所示,在膜片弹簧5上,靠中心部分开有若干个径向切口,形成分离指,起分离杠杆作用。膜片弹簧两侧有钢丝支承圈3,借助铆钉将其安装在离合器盖2上。在离合器盖未固定到飞轮1上时,膜片弹簧不受力,处于自由状态,如图7a所示。此时离合器盖2与飞轮1安装面有一定距离。当将离合器盖用螺钉固定到飞轮上时(见图7b),由于离合器盖靠向飞轮,钢丝支承圈3压膜片弹簧5使之发生弹性变形(锥角变小)。同时,在膜片弹簧外端对压盘4产生压紧力而使离合器处于接合状态。当离合器分离时,分离轴承6左移(见图7c),推动分离指内端左移,则膜片弹簧以支承圈为支点转动(膜片弹簧呈反锥形),于是膜片弹簧外端右移,并通过分离弹簧钩7拉动压盘使离合器分离。
(二)、膜片弹簧离合器的优缺点
目前世界各国生产的汽车,特别是轿车已全部采用了膜片弹簧离合器,因为它具有如下优点:
1.膜片弹簧离合器转矩容量大且较稳定
图8所示为摩擦离合器中的两种压紧弹簧(膜片弹簧与螺旋弹簧)的弹性特性。装在离合器盖总成中的螺旋弹簧处于预压紧状态,其弹性特性曲线如图8中曲线1所示。而装在离合器盖中的膜片弹簧基本处于自由状态,其弹性特性曲线如图8中曲线2所示。假如所设计的两种离合器压紧弹簧的压紧力均相同,即压紧力均为Pb,轴向压缩变形量为λb。当摩擦片磨损量达到容许的极限值△λ′时,弹簧压缩变形量减小到λa。此时螺旋弹簧压紧。力便降低到P′a 。 P′a < Pb,两值相差较大,将使离合器中压紧力不足而产生滑磨,而膜片弹簧压紧力则只降低到与Pb相差无几的Pa,使离合器仍能可靠地工作,不至于产生滑磨。可见,膜片弹簧离合器比螺旋弹簧离合器转矩容量大,一般大15%左右。
2.操纵轻便
当离合器分离时,分离轴承将压紧弹簧进一步压缩,由图2-8看出,如两种弹簧的压缩量均为△λ″时,膜片弹簧所需的作用力为Pc,比螺旋弹簧所需的作用力风减少约25%~30%;此外,在膜片弹簧离合器中由于采用了传动片或分离弹簧钩的装置,它们产生的弹性恢复力与离合器压盘的分离力方向一致;而且在膜片弹簧离合器中,还因无分离杠杆装置,减少了这部分杆件的摩擦损失。因此膜片弹簧离合器的操纵轻便。
3.结构简单且较紧凑
膜片弹簧的碟簧部分起压紧弹簧作用,而分离指则起分离杠杆作用,这样,膜片弹簧不仅取代了周布螺旋弹簧离合器中的多个螺旋弹簧,而且也省去了多组分离杠杆装置,零件数目减少,质量也减轻。
在满足相同压紧力的情况下,膜片弹簧的轴向尺寸较螺旋弹簧小,在有限的空间内便于布置,使离合器的结构更为紧凑。
4.高速时平衡性好
膜片弹簧是圆形旋转对称零件,平衡性好,在高速时,其压紧力降低很少,而周置的螺旋弹簧在高速下,因受离心力作用会产生横向挠曲,弹簧严重鼓出,从而降低了对压盘的压紧力。
5.散热通风性能好
在离合器轴向尺寸相同的情况下,膜片弹簧离合器可以采用较厚的压盘,以保证有足够的热容量,同时也便于在压盘上设置散热筋。此外,在膜片离合器盖上可开有较大的通风口,而且零件数目少,更有利于实现良好的散热通风。
6.摩擦片的使用寿命长
由于膜片弹簧以整个圆周与压盘接触,使摩擦片上的压力分布均匀,接触良好,磨损均匀,再加上膜片弹簧离合器的散热性能好,从而提高了摩擦片的使用寿命。
膜片弹簧离合器的缺点是,膜片弹簧在制造上有一定难度,因为它对弹簧钢片的尺寸精度、加工和热处理条件等要求都比较严格。在结构上分离指部分的刚度较低,使分离效率降低;而且分离指根部易形成应力集中,使碟簧部分的应力增大,容易产生疲劳裂纹而损坏;分离指舌尖部易磨损,而且难以修复。
由于膜片弹簧离合器具有上述独特的优点,因此它在汽车上得到了广泛应用。近年来不仅在轿车和微型汽车上采用,而且在轻型、中型货车,甚至在重型货车上也得到了应用。
(三)、膜片弹簧离合器的结构形式
膜片弹簧离合器根据分离时分离指内端的受力方向不同,可分为推式膜片弹簧离合器和拉式膜片弹簧离合器,如图9所示。当离合器分离时,分离指内端受力方向指向压盘时,称为推式膜片弹簧离合器,而分离指内端受力方向离开压盘时,则称为拉式膜片弹簧离合器。
上述两种膜片弹簧离合器的结构特点是,装配时,推式膜片弹簧离合器的膜片锥顶朝后(离开压盘方向),大端靠在压盘上,对压盘施加压力(见图9a)。拉式膜片弹簧的安装与推式相反,膜片弹簧的锥顶朝前(指向压盘方向),其大端靠在离合器盖上,膜片弹簧的中部对压盘施加压力(见图9b) 。
分析这两种膜片弹簧离合器可知:在同样压盘尺寸下,拉式膜片弹簧离合器可采用直径较大的膜片弹簧,从而可提高压紧力和转矩容量;或者在传递相同转矩的情况下,尺寸较小的拉式膜片弹簧离合器可以代替尺寸较大的推式膜片弹簧离合器。因此,拉式膜片弹簧离合器的结构更紧凑、简单,质量更轻,从动盘转动惯量也小,可以减小换档时齿轮轮齿间的冲击,更便于换档。
1.推式膜片弹簧离合器
推式膜片弹簧离合器按安装膜片弹簧的支承环数目不同,又可分为双支承环、单支承环和无支承环三种结构形式,如图10所示。
双支承环式膜片弹簧离合器是目前广泛采用的结构形式,其具体结构如图11所示。
2.拉式膜片弹簧离合器
拉式膜片弹簧离合器按安装膜片弹簧的支承环数目不同,可分为无支承环式(见图12a)和单支承环式(见图12b、c)两种。
捷达轿车离合器是推式操纵无支承环的拉式膜片弹簧离合器,如图13所示。离合器盖12通过螺栓6和中间板10固定在曲轴7上。分离盘8通过卡环11卡在膜片弹簧13的三个定位爪上。从动盘9的花键毅与传动器输入轴4配合,输入轴4为空心轴,分离推杆5从中穿过。分离推杆的左端与离合器分离轴承1接触,右端则顶在分离盘8的中央凹坑内。飞轮14用9个螺栓15反装在离合器盖12上。
当踩下离合器踏板时,通过一系列操纵机构,使离合器分离臂2转动,推压分离轴承1右移,并使穿过输入轴4的分离推杆5向右轴向移动,推动分离盘8右移,则分离盘推压膜片弹簧分离指右移(分离指内端受力方向为离开压盘),迫使压盘与从动盘分开,从而完成离合器的分离。
捷达轿车的推式操纵拉式膜片弹簧离合器是目前汽车离合器中比较流行的新结构。它克服了拉式膜片弹簧离合器分离轴承的结构复杂和拆装较困难的缺点。